[发明专利]玉米低植酸基因的分子标记及其应用

说明书

技术领域

本发明属于作物分子标记领域，具体涉及一种玉米低植酸基因的分子标记，以及该分子标记在玉米低植酸基因辅助选择上的应用。

背景技术

植酸又称肌醇-6-磷酸，是玉米、小麦、大麦、水稻和大豆等籽粒中广泛存在的一种有机酸(Stephens L等.Journal of Biological Chemistry.1993.268：4009-4015)，植酸含有12个可解离的氢原子(Johnson LF等.CanadianJournal of Chemistry，1969.47：63-73)，这些位点可与K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Ba²⁺和Fe³⁺等阳离子结合形成植酸盐(Lott JNA等.Seed Development andGermination.Marcel Dekker，New York，1995，pp.215-235。Otegui MS等.The Plant Cell，2002.14：1311-1327)。植酸及植酸盐不能被人和单胃动物吸收利用；植酸摄入体内后还会和其他来源的微量营养元素结合形成植酸盐，造成这些营养元素的生物有效性下降，从而造成微量元素缺乏症。此外，大量的植酸及植酸盐随粪便排出，造成严重环境污染，尤其是水体富营养化。由于土壤中缺乏分解微生物，即使畜禽粪便作有机肥还田仍不能被作物吸收利用。

应用低植酸作物可大大降低动物粪便等排泄物中磷的含量，从而显著减轻由于磷过量排放所引起的环境污染和水体富营养化等问题。在鱼的日粮中用低植酸玉米代替普通玉米，可减少粪磷41％。当磷的含量降到鱼的最低需要量时，用低植酸玉米代替普通玉米效果更明显。因此，降低作物籽粒中的植酸含量有利于提高作物和人畜对磷的利用效率，从而减轻此类污染。植酸是作物籽粒中主要含磷化合物，通常占籽粒干重的1％以上，占全磷含量的65-85％。在玉米籽粒中，约90％的植酸贮存于盾片层中，糊粉层所含植酸约占总量的10％。植酸对作物的生长发育具有重要的作用，但在玉米种子用作饲料时，由于单胃动物缺少水解植酸的酶类，不能对植酸磷进行很好的吸收和利用，所以植酸磷实际上是一种抗营养因子。此外，植酸盐排出动物体后，也会对水体环境产生负面影响。为降低动物排泄物中的植酸含量，保护生态环境，动物饲料中往往要添加植酸酶，用来降解植酸，但由此会带来成本提高。中国农科院生物技术研究所通过转基因在玉米种子中表达植酸酶，有望在饲料加工过程中对植酸进行降解，以实现降低饲料植酸的目的，该转基因玉米材料已经获得环境释放安全证书(农基安证字(2009)第074号)。通过育种手段降低作物中植酸的含量，是解决与植酸相关的营养和环保问题的新途径。

迄今为止，通过理化诱变等方法，在玉米、小麦、水稻、大豆等作物中获得了植酸含量较低的突变体，在这些突变体中，植酸含量均表现为下降，相应地无机磷以及肌醇磷酸盐含量上升。低植酸突变大多表现为隐性突变，并受单基因控制，其控制基因主要是参与或调控植酸的合成代谢。低植酸突变体有三种类型，分别命名为lpa1、lpa2和lpa3，其中lpa1和lpa2突变体的植酸含量下降66％和30％，lpa3的植酸含量介于二者之间(Raboy，Gerbasi等.PlantPhysiol 2000，124(1)：355-368.Shi，Wang等.Plant J，200542(5)：708-719)。